Клітинний цикл і мітоз
~20 хв · 9 розділів · 8 тестових запитань
Частина кар’єрної траєкторії НМТ 2027: 3 обов’язкові + біологія.
Визначати періоди клітинного циклу (інтерфаза: G₁, S, G₂) і фази мітозу за описом або зображенням, а також пояснювати біологічне значення мітозу — сталість каріотипу, ріст, регенерацію та нестатеве розмноження.
Клітинний (життєвий) цикл — це період існування клітини від моменту її утворення поділом материнської клітини до власного поділу або загибелі. У клітинах, здатних ділитися, цей цикл називають мітотичним циклом. Він складається з інтерфази (підготовки до поділу) та власне мітозу, за яким іде поділ цитоплазми — цитокінез.
Інтерфаза: три періоди
Інтерфаза — найдовша частина клітинного циклу, вона займає близько 90 % його тривалости. Упродовж інтерфази клітина росте, синтезує речовини й готується до поділу. Інтерфазу поділяють на три періоди:
Період | Назва | Основні події | Стан хромосом |
|---|---|---|---|
G₁ | Пресинтетичний | Клітина росте, синтезує білки й РНК, утворює органели | Кожна хромосома — з однієї хроматиди (2n, 2c) |
S | Синтетичний | Реплікація ДНК — подвоєння генетичного матеріалу | Кожна хромосома — з двох сестринських хроматид (2n, 4c) |
G₂ | Постсинтетичний | Синтез білків веретена поділу (тубуліну), накопичення АТФ, подвоєння центріолей у тваринних клітинах | Як у S: 2n, 4c |
Зверни увагу: кількість хромосом у G₁ і G₂ однакова (2n), а от кількість молекул ДНК після S-періоду подвоюється (було 2c, стало 4c). Докладніше про позначення n і c — в окремому уроці «Задачі на набір хромосом і кількість ДНК у мітозі та мейозі».
G₀ — стан спокою
Не всі клітини постійно діляться. Багато з них переходять у стан G₀ — період спокою поза клітинним циклом. Розрізняють дві категорії таких клітин:
Спеціалізовані клітини, що ніколи не діляться: більшість нейронів, клітини серцевого м’яза (поперечносмугастої м’язової тканини).
Клітини, які чекають сигналу до поділу: клітини печінки (гепатоцити) можуть вийти з G₀ і знову ввійти в цикл за потреби.
Інтерфаза завершується, коли клітина отримує сигнал до поділу й переходить до мітозу.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Мітоз — це поділ ядра еукаріотичної клітини, за якого утворюються два дочірні ядра з таким самим набором хромосом, як у материнського. Мітоз поділяють на чотири фази: профазу, метафазу, анафазу й телофазу. Запам’ятай послідовність: ПРОФАЗА → МЕТАФАЗА → АНАФАЗА → ТЕЛОФАЗА.
Профаза
У профазі хромосоми спіралізуються (ущільнюються) і стають видимими в світловий мікроскоп. Кожна хромосома складається з двох сестринських хроматид, з’єднаних центромерою. Ядерце зникає, а наприкінці фази розпадається ядерна оболонка. У тваринних клітинах центріолі розходяться до полюсів, і з мікротрубочок починає формуватися веретено поділу.
Метафаза
Хромосоми досягають максимальної спіралізації й розташовуються в площині екватора клітини, утворюючи метафазну пластинку. Нитки веретена поділу прикріплюються до центромер хромосом. Саме в метафазі хромосоми найкраще видно, тому каріотип (набір хромосом) вивчають на метафазних пластинках.
Анафаза
Це найкоротша фаза мітозу. Центромери розділяються, і сестринські хроматиди стають самостійними дочірніми хромосомами. Вони розходяться до протилежних полюсів клітини — до кожного полюса потрапляє однаковий набір хромосом.
Телофаза
Біля полюсів хромосоми деспіралізуються (розпушуються), навколо них формуються ядерні оболонки, з’являються ядерця. Веретено поділу руйнується. Утворюються два ядра — клітина готова до поділу цитоплазми.
Цитокінез — поділ цитоплазми
Після телофази відбувається цитокінез. Спосіб поділу цитоплазми залежить від типу клітини:
У тваринній клітині — перетяжкою: борозну поділу стягує скоротливе кільце з актинових мікрофіламентів, яке поступово заглиблюється, поки клітина не поділиться на дві.
У рослинній клітині — клітинною пластинкою: посередині клітини з пухирців комплексу Гольджі утворюється пластинка, яка росте від центру до стінок і зрештою стає новою клітинною стінкою.
Підсумок: з однієї материнської клітини (2n) утворюються дві дочірні з таким самим набором хромосом (2n → 2n). Якщо материнська клітина була гаплоїдною (n), дочірні теж будуть гаплоїдними (n → n).
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Програма НМТ вимагає візуально розпізнавати фази мітозу, тож на тесті може трапитися мікрофотографія або схематичний рисунок клітини в одній із фаз мітозу із запитанням про цю фазу. Класичний препарат для спостереження мітозу — кінчик кореня цибулі (Allium cepa). У твірній тканині (меристемі) кінчика кореня клітини активно діляться, тому в полі зору мікроскопа можна побачити клітини в різних фазах. Більшість клітин перебуває в інтерфазі, бо вона найдовша.
Візуальні ознаки кожної фази
Фаза | Що видно на мікрофотографії |
|---|---|
Інтерфаза | Чітке округле ядро з одним або кількома ядерцями, хромосом не видно (вони деспіралізовані) |
Профаза | У ядрі видно клубок ниткоподібних хромосом, ядерце зникає, ядерна оболонка ще може бути помітною |
Метафаза | Хромосоми розташовані «лінією» посередині клітини — метафазна пластинка |
Анафаза | Дві групи V-подібних хромосом рухаються до протилежних полюсів |
Телофаза | Два щільні ядра біля протилежних кінців клітини, між ними помітна перегородка (у рослин — клітинна пластинка) |
Відмінності між рослинними й тваринними клітинами
Клітини рослин і тварин проходять ті самі фази мітозу, але є дві важливі відмінності:
У клітинах вищих рослин немає центріолей — веретено поділу формується без них, за участю інших центрів організації мікротрубочок.
Цитокінез у рослин відбувається клітинною пластинкою, а не перетяжкою, як у тварин.
Як не сплутати анафазу мітозу з анафазою I мейозу
В анафазі мітозу до полюсів розходяться сестринські хроматиди — одинарні хромосоми (колишні хроматиди). В анафазі I мейозу до полюсів розходяться цілі гомологічні хромосоми, кожна з яких складається з двох хроматид. Це принципова відмінність, яку варто запам’ятати (докладніше — в уроці «Мейоз»).
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Мітоз має фундаментальне значення для життя еукаріотів. Завдяки точному подвоєнню й рівномірному розподілу хромосом дочірні клітини отримують генетично ідентичний матеріал.
Сталість каріотипу
Мітоз забезпечує генетичну ідентичність дочірніх клітин і сталість каріотипу (набору хромосом) у поколіннях клітин. У типових ядерних соматичних клітинах зберігається той самий набір хромосом, що й у зиготі. Винятки — спеціалізовані без’ядерні клітини (еритроцити ссавців) і поліплоїдні клітини (наприклад, клітини печінки).
Ріст і розвиток
З однієї заплідненої яйцеклітини — зиготи — шляхом багаторазових мітозів утворюються трильйони клітин дорослого організму. Без мітозу ріст і розвиток багатоклітинних організмів були б неможливі.
Фізіологічна регенерація
Це постійна заміна клітин, що відмирають. Приклади:
Клітини епідермісу шкіри постійно злущуються й замінюються новими завдяки мітозу в базальному шарі.
Епітелій кишечнику оновлюється кожні кілька днів.
Клітини крові (еритроцити, лейкоцити) утворюються в червоному кістковому мозку шляхом мітозу.
Репаративна регенерація
Це відновлення втрачених або пошкоджених частин тіла. Здатність до репаративної регенерації різна в різних організмів:
Гідра й планарія можуть відновити все тіло з невеликого фрагмента.
Тритон здатний відростити втрачену кінцівку, ящірка — хвіст.
У ссавців добре регенерують печінка, шкіра, кістки; погано — нервова тканина (хоча деякі нейрони можуть відновлювати відростки).
Регенерація в рослин
У рослин здатність до регенерації значно вища, ніж у більшості тварин. Твірні тканини (меристеми) працюють протягом усього життя, а спеціалізовані клітини можуть знову почати ділитися. З живця, листка бегонії чи навіть окремих клітин у культурі тканин виростає ціла рослина.
Нестатеве розмноження
Мітоз лежить в основі нестатевого розмноження еукаріотів: поділ амеби, брунькування гідри, вегетативне розмноження рослин (живцювання, поділ кореневищ, бульб). Нащадки генетично ідентичні батьківській особині (докладніше — в уроці «Нестатеве і статеве розмноження організмів»).
Неконтрольовані мітози — причина пухлин. Коли клітина втрачає здатність регулювати поділ, вона починає ділитися безконтрольно, що призводить до утворення пухлини.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Приклад 1. Визначення фази за мікрофотографією
Завдання: На мікрофотографії кінчика кореня цибулі хромосоми розташовані в одній площині посередині клітини. Яка це фаза мітозу?
Розв’язання: Хромосоми вишикувалися в площині екватора — це характерна ознака метафази. У профазі хромосоми виглядають як клубок ниток, в анафазі вони розходяться до полюсів, а в телофазі формуються два ядра.
Відповідь: метафаза.
Чому інші варіанти неправильні: профаза — хромосоми ще не вишикувалися на екваторі; анафаза — хромосоми рухаються до полюсів, а не стоять на екваторі; телофаза — уже видно два ядра.
Приклад 2. Логічні пари: фаза мітозу — подія
Завдання: Установи відповідність між фазою мітозу (1–4) і подією, що в ній відбувається (А–Д). Одна буква зайва.
Фаза мітозу | Подія |
|---|---|
1. Профаза | А. Спіралізація хромосом і розпад ядерної оболонки |
2. Метафаза | Б. Хромосоми вишиковуються в площині екватора |
3. Анафаза | В. Сестринські хроматиди розходяться до полюсів |
4. Телофаза | Г. Формуються ядерні оболонки двох дочірніх ядер |
— | Д. Реплікація ДНК (зайве) |
Розв’язання: 1 → А (профаза: спіралізація хромосом, зникнення ядерця, розпад ядерної оболонки); 2 → Б (метафаза: хромосоми на екваторі); 3 → В (анафаза: сестринські хроматиди розходяться); 4 → Г (телофаза: формування ядерних оболонок). Реплікація ДНК (Д) відбувається в S-періоді інтерфази, тому вона зайва.
Приклад 3. Два твердження
Завдання: Оціни правильність двох тверджень. I. В анафазі мітозу до полюсів розходяться гомологічні хромосоми. II. У клітинах вищих рослин цитокінез відбувається утворенням клітинної пластинки.
Розв’язання: Твердження I неправильне — в анафазі мітозу розходяться сестринські хроматиди (дочірні хромосоми), а не гомологічні хромосоми. Гомологічні хромосоми розходяться в анафазі I мейозу. Твердження II правильне — у вищих рослин цитокінез відбувається клітинною пластинкою, а не перетяжкою.
Відповідь: правильне лише II.
Приклад 4. Біологічне значення мітозу
Завдання: Чому нові клітини епідермісу, що замінюють злущені, мають такий самий набір хромосом, як клітини-попередники?
Розв’язання: Під час мітозу кожна дочірня клітина отримує точні копії всіх хромосом материнської завдяки реплікації ДНК в S-періоді й рівномірному розходженню сестринських хроматид в анафазі. Кросинговер відбувається в мейозі, а не в мітозі. Зменшення числа хромосом удвічі характерне для мейозу. Випадкове розходження гомологічних хромосом — також ознака мейозу I.
Відповідь: під час мітозу кожна дочірня клітина отримує точні копії всіх хромосом материнської.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Плутають анафазу мітозу з анафазою I мейозу. В анафазі мітозу розходяться сестринські хроматиди (одинарні хромосоми), а в анафазі I мейозу — гомологічні хромосоми, кожна з яких складається з двох хроматид.
Розміщують реплікацію ДНК у профазі. Насправді реплікація відбувається в S-періоді інтерфази, задовго до початку мітозу.
Вважають інтерфазу періодом спокою. Це помилка: в інтерфазі клітина активно росте, синтезує білки, РНК, АТФ, подвоює ДНК і центріолі.
Плутають на рисунку метафазу з анафазою. У метафазі хромосоми вишикувані «лінією» на екваторі; в анафазі дві групи хромосом рухаються до протилежних полюсів.
Приписують центріолі клітинам вищих рослин або вважають, що рослинна клітина ділиться перетяжкою. У вищих рослин немає центріолей, а цитокінез відбувається клітинною пластинкою.
Вважають, що після мітозу число хромосом у дочірніх клітинах зменшується вдвічі. Насправді мітоз зберігає плоїдність: 2n → 2n, n → n.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Тема «Клітинний цикл, інтерфаза й поділ, мітоз» належить до теми 1.5 програми НМТ з біології. Від тебе вимагають:
аналізувати етапи клітинного циклу й фази мітозу;
візуально розпізнавати фази мітозу на мікрофотографіях або схематичних рисунках;
порівнювати регенерацію рослин і тварин.
У демоваріанті НМТ-2026 тема 1.5 є основною в завданні № 6 — це вибір однієї відповіді з чотирьох (А–Г) за рисунком, оцінюється в 0 або 1 бал. Загалом рисунок, схему чи фото мають 15 із 30 завдань демоваріанта.
Формат логічних пар (завдання 25–28): ліворуч 1–4, праворуч А–Д (одна буква зайва). По 1 балу за кожну правильно встановлену пару, до 4 балів. Можливі варіанти: «фаза → подія» або «зображення → фаза».
Стратегія для рисунка
Коли бачиш мікрофотографію або схему клітини в одній із фаз мітозу, визнач:
положення хромосом (клубок у ядрі, лінія на екваторі, дві групи біля полюсів, два ядра);
чи є ядерна оболонка (є — профаза або інтерфаза, немає — метафаза або анафаза, знову з’являється — телофаза).
Цього достатньо, щоб назвати фазу.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Чому інтерфаза — найдовша частина клітинного циклу?
В інтерфазі клітина виконує всі основні «підготовчі» роботи: росте, синтезує білки й РНК, подвоює ДНК (S-період), накопичує АТФ, синтезує білки веретена поділу. На все це потрібен час — зазвичай інтерфаза займає близько 90 % тривалости всього клітинного циклу. Сам мітоз із цитокінезом відбувається відносно швидко.
Чим хроматида відрізняється від хромосоми?
Хромосома — це структура, що містить молекулу ДНК і білки. Хроматида — це одна з двох ідентичних копій хромосоми, з’єднаних центромерою, які утворюються після реплікації ДНК. Поки центромера не розділилася, говорять, що хромосома складається з двох сестринських хроматид. Після розділення центромери в анафазі кожна хроматида стає самостійною хромосомою.
Як відрізнити анафазу від телофази на мікрофотографії?
В анафазі видно дві групи V-подібних хромосом, що рухаються до протилежних полюсів клітини. Ядерної оболонки немає. У телофазі біля полюсів уже сформувалися два компактні ядра з ядерцями, хромосоми деспіралізуються, і між ядрами може бути помітна перегородка (клітинна пластинка в рослин або борозна поділу в тварин).
Чому для спостереження мітозу беруть саме кінчик кореня цибулі?
Кінчик кореня цибулі містить твірну тканину (меристему), клітини якої активно діляться. Це дає змогу побачити клітини в різних фазах мітозу в одному полі зору мікроскопа. Крім того, клітини цибулі великі, хромосоми добре видно, а препарат легко виготовити.
Чи всі клітини людини діляться протягом усього життя?
Ні. Багато спеціалізованих клітин людини втрачають здатність до поділу: більшість нейронів, клітини серцевого м’яза, поперечнопосмуговані м’язові волокна. Вони перебувають у стані G₀. Інші клітини діляться активно (клітини епідермісу, епітелію кишечнику, клітини червоного кісткового мозку), а деякі (клітини печінки) можуть повертатися до поділу за потреби.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Клітинний цикл = інтерфаза (G₁, S, G₂) + мітоз + цитокінез.
У S-періоді інтерфази відбувається реплікація ДНК: після неї кожна хромосома складається з двох сестринських хроматид.
Профаза — спіралізація хромосом, зникнення ядерця, розпад ядерної оболонки, формування веретена поділу.
Метафаза — хромосоми вишиковуються на екваторі (метафазна пластинка).
Анафаза — сестринські хроматиди розходяться до протилежних полюсів.
Телофаза — навколо хромосом формуються ядерні оболонки, утворюються два ядра.
Цитокінез: у тварин — перетяжка, у рослин — клітинна пластинка.
Мітоз зберігає плоїдність: 2n → 2n або n → n. За відсутності мутацій дочірні клітини мають однакову спадкову інформацію.
Біологічне значення мітозу: ріст організму, фізіологічна й репаративна регенерація, заміна клітин, нестатеве розмноження.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Перевірте себе на цьому юніті
Спробуйте ці 5 запитань — оберіть відповідь, щоб побачити, чи ви праві й чому. Приєднайтеся, щоб пройти повний тест юніту, який іде в глибину по цьому юніту.
1. Клітини кінчика кореня обробили колхіцином — речовиною, яка руйнує мікротрубочки й не дає сформуватися веретену поділу. На якій стадії зупиниться поділ більшості клітин, що вступили в мітоз?
2. На мікрофотографії видно клітину, у якій по центру формується перегородка, що поступово розширюється від середини до клітинних стінок. У якому типі клітин відбувається такий цитокінез?
3. На мікрофотографії препарату кінчика кореня цибулі видно клітину, у якій хромосоми розташовані компактними групами біля двох протилежних полюсів, а між ними починає формуватися перегородка. Яку фазу мітозу спостерігають у цій клітині?
4. У якій фазі мітозу хромосоми шикуються в площині екватора клітини, утворюючи метафазну пластинку, а нитки веретена поділу прикріплюються до центромер?
5. У якому періоді інтерфази відбувається подвоєння (реплікація) ДНК, унаслідок чого кожна хромосома починає складатися з двох сестринських хроматид?
Це лише дрібка самоперевірки — повний тест юніту йде в глибину й використовує всі 8 запитань цього юніта і точно визначає, що вивчати.
Приєднатися, щоб пройти тест